本技术涉及一种高压微通道颗粒粉碎系统,包括:微通道碰撞发生装置和控制驱动装置;所述控制驱动装置包括:空气压缩机、减压过滤调节阀、气液增压器、低压水源、进口单向阀、出口单向阀、储压罐、气控针阀、机械换向阀、原料罐、产品储罐;所述微通道碰撞发生装置包括:上流道体、下流道体、分流腔、导流管、射流管;所述微通道碰撞发生装置采用高压静密封技术,通过高强度螺栓紧固套件、金属密封垫片和锥密封接头组合的复合密封方式来完成密封。与现有技术相比,本发明具有抗腐蚀、耐高压、密闭性强等性能,通过对微通道结构设计的优化简化了加工流程,有效控制高速流体在微通道内的流动与碰撞粉碎。
背景技术
微流控技术是一种将生物、化学、医学分析过程中的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到微米尺度的芯片。微通道装置是一种微型化的流体控制系统,可以用于实现微流体操作和分析。微尺度通道的尺寸通常是微米级或纳米级,在微小尺度下利用高压高速的微射流使物料间发生相互挤压、摩擦剪切作用,以达到物料颗粒破碎细化的目的。
在现代工业与科研领域,高压运行条件下的微通道粉碎设备以其独特的优势,逐渐成为物料加工与纳米工艺的关键工具。高压驱动的流体在微小尺度的管道中流动时,会受到管道壁面的限制和约束,形成高速射流。这种高速射流在微通道内流动时,会产生强烈的剪切力和冲击力,当高速流体在微通道内对向碰撞时,巨大的动能作用于物料产生强烈的粉碎作用。通过流体的流动和碰撞等过程,高压微通道粉碎技术将机械能转化为内能或破碎能等形式的能量,并利用微通道微小尺寸的特性使能量高度集中并作用于物料颗粒上,从而实现高效、精细的粉碎效果。
高压环境下,现有微通道芯片存在的一些需要解决的问题是:
1、颗粒粉碎是一个复杂的物理过程,通常需要较大的机械力或冲击力来破坏颗粒的内部结构并减小其尺寸。常规微流控技术通常采用较低的压力或外力(如重力、表面张力、电渗流等)来驱动流体。这些驱动方式的压力范围相对有限,难以达到颗粒粉碎所需的高压力和高冲击力。
2、常规微通道在加工中通常利用平面铣削加工技术并结合上下盖板组装形成微通道芯片。但在高压工作条件下,平面铣削的上下盖板结合处需要承受巨大的压力,这种压力会导致结合处出现泄漏、变形甚至破裂,从而影响微通道芯片的性能和可靠性。
3、常规微流控芯片材料在高压环境下容易发生变形或破裂,难以满足高压需求。高压工作条件对芯片密封性能提出了更高要求,现有密封技术如简单的粘合、O型圈密封或密封胶填充等,往往难以在高压下保持长期稳定的密封效果。
4、高压环境下,流体与微通道壁面之间的相互作用增强,导致边界层效应更加明显,流体的流动特性会发生明显变化,通过常规微流控制方法会使流体控制精度下降,影响实验结果的准确性。
实现思路